CN109249402B - 机器人、机器人自动回收垃圾方法、装置和存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人、机器人自动回收垃圾方法、装置和存储介质，其中机器人通过第一机械臂围绕肩关节做简谐运动，使得第一机械臂与水平线的角度的波形成正弦波，第二机械臂可绕肘关节做自由旋转运动。第二机械臂在第一机械臂的带动下进行周期性摆动，进而使T形夹持器靠近目标垃圾。在T形夹持器吸附目标垃圾的过程中，第二机械臂还可绕肘关节进行自由旋转来微调T形夹持器与目标垃圾的接触位置以提高物品吸附的成功率；以及机器人自动回收垃圾方法包括：通过神经网络对垃圾识别分割，得到目标垃圾，再发送指令给机器人抓取垃圾，放入对应的分类机构中，实现了垃圾分类的自动分类，避免效率低、垃圾分类的效果并不明显的问题。

Description

机器人、机器人自动回收垃圾方法、装置和存储介质

技术领域

本发明涉及机器人的自动化场景应用领域，特别涉及机器人、机器人自动回收垃圾方法、装置和存储介质。

背景技术

城市垃圾资源化利用可以为国民经济提供巨大的经济效益，并由此带来生活环境清洁与舒适的社会效益。而垃圾资源回收再利用，最重要的环节就是要把垃圾经过分离、分类，然后根据所分离出来的垃圾按照其特性加以利用，现有垃圾分类只是简单的依赖于人工，人工作业效率低且容易出错，无法满足城市垃圾资源化的高要求，而且现有的垃圾焚烧场的垃圾分类不够细，很多垃圾场的垃圾都是人工粗略分类，分类效率不高且导致垃圾在垃圾站时，一些金属以及可回收的材料也被同时焚烧，造成资源浪费，同时可能增加了环境污染。

发明内容

本发明的主要目的是提供机器人、机器人自动回收垃圾方法、装置和存储介质，旨在提高垃圾回收的效率和自动化程度。

为实现上述目的，本发明提出的一种机器人，用于自动回收垃圾，包括：所述机器人设有主体、第一机械臂、第二机械臂以及末端执行器；所述第一机械臂通过肩关节的运动轴与所述主体连接，且所述第一机械臂围绕所述肩关节的运动轴进行简谐运动；所述第二机械臂通过肘关节的连接轴连接所述第一机械臂，所述末端执行器设置于所述第二机械臂的末端；所述第二机械臂围绕所述肘关节的连接轴自由旋转，以便于带动所述末端执行器对目标垃圾进行拾取和码放。

可选的，所述末端执行器为T形夹持器，所述T形夹持器包括：吸盘面板以及挡板，所述吸盘面板用于吸附所述目标垃圾，所述挡板设于所述吸盘面板末端且与所述吸盘面板垂直使得所述末端执行器为T形，所述挡板用于防止所述目标垃圾在被吸附过程中发生散落。

可选的，所述T形夹持器在所述周期性左右摆动的最大角速度点通过所述吸盘面板来吸附所述目标垃圾。

为实现上述目的，本发明还提出的一种机器人自动回收垃圾方法，包括：

获取通过视觉装置拍摄的输送机上的垃圾图像，其中所述输送机设置于垃圾焚烧场的入口，用于把垃圾送入焚烧口；通过神经网络对所述垃圾图像进行分割识别，得到所述垃圾图像的分类结果；根据分类结果，控制机器人获持所述目标垃圾，将所述目标垃圾放入到回收分类机构中。

可选的，根据分类结果识别到目标垃圾时，控制所述输送机的速度减小，使得机器人从所述输送机上精确地获持到所述目标垃圾。

可选的，所述目标垃圾为金属或者可回收的材料。

可选的，光谱分析仪器设置于所述输送机与所述回收分类机构之间，用于分析所述目标垃圾的光谱。

可选的，在所述控制机器人获持所述目标垃圾之后还包括：通过所述光谱分析仪器获取所述目标垃圾的光谱，判断所述目标垃圾是否为金属或者可回收的材料；如果是，则控制机器人将所述目标垃圾放入所述回收分类机构中；如果不是，则控制机器人将所述目标垃圾放入待确定机构中。

本发明还提供了所述机器人自动回收垃圾装置包括处理器、存储器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的机器人自动回收垃圾控制程序，所述机器人自动回收垃圾控制程序被所述处理器执行时实现上述任一项的所述机器人自动回收垃圾方法的步骤。

本发明还提供了所述计算机可读存储介质上存储有机器人自动回收垃圾控制程序，所述机器人自动回收垃圾控制程序被处理器执行时实现上述任一项的所述机器人自动回收垃圾方法的步骤。

本发明所提供的机器人通过所述第一机械臂围绕肩关节做周期性左右摆动，使得所述第一机械臂与水平线的角度的波形成正弦波，第二机械臂可绕肘关节做自由旋转运动。也即是第二机械臂在第一机械臂的带动下进行周期性左右摆动，进而使所述T形夹持器靠近所述目标垃圾。在所述T形夹持器吸附所述目标垃圾的过程中，第二机械臂还可绕肘关节进行自由旋转来微调T形夹持器与所述目标垃圾的接触位置以提高物品吸附的成功率。周期性左右摆动可实现对所述目标垃圾的无间歇分拣，T形夹持器可防止物品在吸附过程中发生散落。在实际的机器人应用场景系统中，本申请提供的机器人可配合高速运转的输送机对目标垃圾进行无间歇的分拣码放工作，提高垃圾回收自动化作业的效率。

本发明所提供的机器人自动回收垃圾方法，通过神经网络对垃圾识别分割，得到目标垃圾，再发送指令给机器人抓取垃圾，放入对应的分类机构中，实现了垃圾分类的自动分类，避免了人工分类的效率低，流程复杂、垃圾分类的效果并不明显的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明机器人的整体结构示意图；

图2为图1所示的机器人的部分结构图；

图3为图1所示的机器人的第一机械臂的运动波形图；

图4为本发明机器人的末端执行器的结构图；

图5为本发明机器人自动回收垃圾方法第二实施例的流程图；

图6为本发明机器人自动回收垃圾方法的场景应用示意图；

图7为本发明机器人自动回收垃圾方法第三实施例的流程图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

本实施例提供了一种机器人，用于自动回收垃圾。

请参看图1、图2以及图3，所述机器人包括：所述机器人设有主体、第一机械臂1、第二机械臂2以及末端执行器3。所述第一机械臂1通过肩关节5的运动轴与所述主体连接，且所述第一机械臂1围绕所述肩关节5的运动轴进行周期性左右摆动。所述第二机械臂2通过肘关节6的连接轴连接所述第一机械臂，所述末端执行器3设置于所述第二机械臂2的末端。所述第二机械臂2围绕所述肘关节6的连接轴自由旋转，以便于带动所述末端执行器3对目标垃圾进行拾取和码放。

在其中一个实施例中，如图4所示，所述末端执行器3为T形夹持器，所述T形夹持器包括：吸盘面板31以及挡板32，所述吸盘面板31用于吸附所述目标垃圾，所述挡板32设于所述吸盘面板31末端且与所述吸盘面板31垂直使得所述末端执行器3为T形，所述挡板32用于防止所述目标垃圾在被吸附过程中发生散落。所述吸盘面板31通过真空泵对所述目标垃圾产生吸附力。

在其中一个实施例中，所述第一机械臂1围绕所述肩关节5的运动轴进行周期性左右摆动为简谐运动，所述机器人采用SCARA型机器人，所述机器人的所述第一机械臂1以0.5-2Hz的频率执行围绕所述肩关节5的运动轴进行周期性左右摆动，即是在工作空间的限制下，所述第一机械臂1以0.5-2Hz的频率关于所述肩关节5的运动轴做简谐运动。

在其中一个实施例中，所述T形夹持器3在所述周期性左右摆动的最大角速通过所述吸盘面板31来吸附所述目标垃圾。

如图2所示，第一机械臂1、第二机械臂2和末端执行器3依次连接。因所述第一机械臂1绕肩关节5的运动轴做简谐运动，如图3所示，其中横轴X表示时间轴t，纵轴Y表示第一机械臂1的臂方向相对于水平基准线的角度α，因此所述第二机械臂2和所述末端执行器3跟随所述第一机械臂1做简谐运动并借此来靠近所述目标垃圾进而吸附。此外，所述第二机械臂2还可绕所述肘关节6做自由旋转运动，能够灵活微调所述末端执行器3与所述目标垃圾的接触位置，使所述末端执行器3高效准确地吸附所述目标垃圾。

所述T形夹持器3在所述简谐运动的角速度最高点通过所述吸盘面板31对所述目标垃圾进行吸附。在吸附的过程中，所述第二机械臂2可通过自由旋转运动使所述吸盘面板31与所述挡板32形成的“′I”覆盖目标垃圾的两个面，这不仅能提高物品吸附的成功率，还能防止所述目标垃圾在被吸附过程中发生散落。同时，一个控制系统4接收所述目标垃圾的目的地信息，在所述末端执行器3吸附所述目标垃圾之后，所述控制系统4则控制所述第一机械臂1和第二机械臂2将所述目标垃圾放进相应的回收分类机构中。

具体地，在一应用例中，所述目标垃圾被放在低摩擦表面的平台上，所述低摩擦表面的平台的高度要高于目的地容器口。如将传送带上涂抹Teflon材料，该材料为聚四氟乙烯，是一种使用氟取代聚乙烯中所有氢原子的人工合成高分子材料。聚四氟乙烯的摩擦系数极低，将其作为所述目标垃圾装载平台的涂层可以极大限度地降低物品与平台之间的摩擦力，间接提升T形夹持器3的吸附成功率，降低物品吸附过程中散落现象发生的概率。所述第一机械臂1通过以0.5-2Hz的频率做周期左右摆动运动，使得第一机械臂1的臂方向相对于水平基准线的角度α的图形为正弦波A，请参考附图3，则第一机械臂1的角速度的图形为正弦波B。在其中一个实施例中，设所述第一机械臂1在一个1Hz的周期时间左右摆动，如附图3所示，在t＝0秒时所述第一机械臂1的角速度为最大，即是在t＝0为最大角速度点，此时第一机械臂1的臂方向相对于水平基准线的角度α＝0，即是所述T形夹持器3在所述周期性摆动的角速度最高点通过所述吸盘面板31对所述目标垃圾进行吸附，如果吸盘面板31吸附所述目标垃圾吸附力不够大，在机器人获持所述目标垃圾移动到回收分类机构的过程中(即是第一机械臂的臂方向相对于水平基准线的角度从α＝0到α＝90度的过程中)，所述目标垃圾有可能掉落，通过设置所述低摩擦表面的平台的高度高于回收分类机构的高度，具体的，所述平台的平面与回收分类机构口之间的距离为35cm(因为在一个四分之一t＝0.25s内的自由落体距离为30cm)，所以所述目标垃圾仍旧可以落入回收分类机构中。在此过程中，所述低摩擦表面的平台输送目标垃圾的速度必须要与机械臂精确同步，以确保机械臂通过周期运动分拣物品的效率。

在本申请实施例一中，第一机械臂1与第二机械臂2以肘关节相连，第二机械臂2的末端与T形夹持器3相连。其中所述第一机械臂1绕肩关节5做简谐运动，第二机械臂2可绕肘关节6做自由旋转运动。也即是第二机械臂2在第一机械臂1的带动下进行周期性摆动，进而使T形夹持器3靠近所述目标垃圾。在T形夹持器3吸附所述目标垃圾的过程中，第二机械臂2还可绕肘关节6进行自由旋转来微调T形夹持器3与所述目标垃圾的接触位置以提高物品吸附的成功率。简谐运动可实现对物品的无间歇分拣，T形夹持器3可防止物品在吸附过程中发生散落。在实际的场景中，本申请提供的机器人可配合高速运转的传送带对所述目标垃圾进行无间歇的分拣码放工作，提高物流自动化作业的效率。简谐运动在机械结构上易于操作和实现，分拣效率高，将机械臂的运作速度无限制地接近物理速度极限，进一步提高整个自动化作业的效率。

实施例二

本实施例提供了一种机器人自动回收垃圾方法，请参看图5，具体如下：

步骤S201，获取通过视觉装置拍摄的输送机上的垃圾图像，其中所述输送机设置于垃圾焚烧场的入口，用于把垃圾送入焚烧口；

步骤S202，通过神经网络对所述垃圾图像进行分割识别，得到所述垃圾图像的分类结果；

步骤S203，根据分类结果，控制机器人获持所述目标垃圾，将所述目标垃圾放入到回收分类机构中。

如图6所示，本实施例提供的机器人自动回收垃圾方法应用于垃圾场的回收场景中，还包括回收分类机构8，用于装载目的垃圾A；回收分类机构9，用于装载目的垃圾B；容器10，用于装载目的垃圾C；容器11，用于装载目的垃圾D。

假设目的垃圾仅有一个容器来装载包裹，则在工作空间两侧依次排列。本实施例二提供的机器人自动回收垃圾方法，机器人包括第一机械臂1，围绕位于肩关节5的运动轴做周期性摆动(如图3所示)，且通过位于肘关节的连接轴连接第二机械臂2；第二机械臂2，与所述第一机械臂1通过所述肘关节6的连接轴相连接，且围绕所述连接轴可做自由旋转，以便于带动末端执行器3对所述目标垃圾进行拾取和码放；末端执行器3，用于对目标垃圾进行拾取和码放；控制系统4，用于接收目标垃圾的目的地信息并控制所述第一机械臂1和第二机械臂2按照垃圾的种类地将其放进相应的容器中。

所述第一机械臂1带动所述第二机械臂2与所述T形夹持器做周期性摆动。如图3所示，第一机械臂的臂方向相对于水平基准线的角度α的图形为正弦波A，第一机械臂的角速度的图形为正弦波B。当运动至角速度最高点，也即是t＝0时，所述T形夹持器通过所述吸盘面板31对所述传送带上的目标垃圾进行吸附。所述第二机械臂2通过所述肘关节6做自由旋转，可调整所述T形夹持器与目标垃圾的接触位置，以便于更准确地吸附目标垃圾。如果角速度过大或物品重量较小，在所述吸盘面板31与所述目标垃圾接触的过程中可能会导致目标垃圾发生位移，而所述挡板32可防止目标垃圾在此过程中发生散落。当所述T形夹持器将所述目标垃圾吸附成功，所述控制系统4则根据所述目标垃圾的目的地信息控制所述第一机械臂1和所述第二机械臂2将其放至对应的容器中。

在本实施例中，机器人自动回收垃圾方法可实现同时吸附种类相同的两个目标垃圾，并将其一起放至容器中。在进行吸附之前，若所述控制系统4判定出所述传送带上的相邻垃圾属于同一种类，则控制所述第一机械臂1和所述第二机械臂2在完成吸附第一个垃圾之后，继续做周期性摆动。当再次回到角速度最高点时，控制所述T性夹持器对第二个垃圾进行吸附，待吸附完成之后，所述控制系统4则控制所述第一机械臂1和所述第二机械臂2同时将第一个垃圾以及第二个垃圾放至对应的容器中。

在本实施例中，输送机为传送带，传送带上涂抹Teflon材料使得传送带成为低摩擦表面的平台，输送机设置于垃圾焚烧场的入口，输送机的前端连接垃圾倒入装置，后端连接焚烧口，当垃圾从倒入装置流到输送机上，设置于输送机上方的视觉装置拍摄图像，视觉装置把拍摄到的垃圾图像发送到控制系统，控制系统设有神经网络系统，通过神经网络系统对所述垃圾图像进行分割处理，其中神经网络系统为训练好的完全卷积神经网络。神经网络的训练过程：通过收集垃圾种类的多个图像形成训练数据库，设计的初始完全卷积神经网络通过不断识别训练数据库地使得初始完全卷积神经网络不断自我学习训练，使得设计的初始完全卷积神经网络成为训练好的目标完全卷积神经网络，通过训练好的目标完全卷积神经网络对所述垃圾图像进行分割识别，得到所述垃圾图像的分类结果。根据分类结果，控制机器人获持所述目标垃圾，将所述目标垃圾放入到回收分类机构中。其中，根据分类结果为：金属或者可回收的材料的目标垃圾，系统发送指令，控制机器人获持以上目标垃圾，将所述目标垃圾放入到回收分类机构中。其中回收分类机构中设于传送带的一侧。

在其中一个实施例，根据分类结果识别到目标垃圾时，控制所述输送机的速度减小，使得机器人从所述输送机上精确地获持到所述目标垃圾。

本实施例所提供的机器人自动回收垃圾方法，通过神经网络对垃圾识别分割，得到目标垃圾，再发送指令给机器人抓取垃圾，放入对应的分类机构中，实现了垃圾分类的自动分类，避免了人工分类的效率低，流程复杂、垃圾分类的效果并不明显的问题。

实施例三

本实施例提供了一种机器人自动回收垃圾方法。本实施例基于第二实施例，并且额外增加了流程。具体如下：

请参看图7，在所述控制机器人获持所述目标垃圾之后还包括：

步骤S301，通过所述光谱分析仪器获取所述目标垃圾的光谱，判断所述目标垃圾是否为金属或者可回收的材料；

步骤S302，如果是，则控制机器人将所述目标垃圾放入所述回收分类机构中；

步骤S303，如果不是，则控制机器人将所述目标垃圾放入待确定机构中。

在本实施例中，光谱分析仪器设置于所述输送机与所述回收分类机构之间，用于分析所述目标垃圾的光谱，增加光谱分析仪器分析垃圾的光谱，用于当神经网络系统对垃圾图片处理有失误，再次通过光谱分析仪器修正结果，使得机器人自动回收垃圾更加智能化、自动化。

实施例四

本实施例提供了一种机器人自动回收垃圾装置。

所述机器人自动回收垃圾装置包括处理器、存储器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的机器人自动回收垃圾控制程序，所述机器人自动回收垃圾控制程序被所述处理器执行时实现如上述任一实施例的机器人自动回收垃圾方法的步骤。

由于本实施例具有上述机器人自动回收垃圾方法的所有技术特征，因此本实施例也具有上述机器人自动回收垃圾方法所具有的有益效果。具体请参看上述实施例，在此不再赘述。

实施例五本实施例提供了一种计算机可读存储介质。

所述计算机可读存储介质上存储有机器人自动回收垃圾控制程序，所述机器人自动回收垃圾控制程序被处理器执行时实现如上述任一实施例的基机器人自动回收垃圾方法的步骤。

由于本实施例具有上述机器人自动回收垃圾方法的所有技术特征，因此本实施例也具有上述机器人自动回收垃圾方法所具有的有益效果。具体请参看上述实施例，在此不再赘述。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (9)

1.一种机器人，用于自动回收垃圾，其特征在于：

所述机器人设有主体、第一机械臂、第二机械臂以及末端执行器；

所述第一机械臂通过肩关节的运动轴与所述主体连接，且所述第一机械臂围绕所述肩关节的运动轴进行简谐运动；

所述第二机械臂通过肘关节的连接轴连接所述第一机械臂，所述末端执行器设置于所述第二机械臂的末端；

所述第二机械臂围绕所述肘关节的连接轴自由旋转，以便于带动所述末端执行器对目标垃圾进行拾取和码放；

所述末端执行器为T形夹持器，所述T形夹持器包括：吸盘面板以及挡板，所述吸盘面板用于吸附所述目标垃圾，所述挡板设于所述吸盘面板末端且与所述吸盘面板垂直使得所述末端执行器为T形，所述挡板用于防止所述目标垃圾在被吸附过程中发生散落。

2.如权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述T形夹持器在周期性左右摆动的最大角速度点通过所述吸盘面板来吸附所述目标垃圾。

3.一种基于权利要求1或2所述的机器人自动回收垃圾方法，其特征在于，包括：

获取通过视觉装置拍摄的输送机上的垃圾图像，其中所述输送机设置于垃圾焚烧场的入口，用于把垃圾送入焚烧口；

通过神经网络对所述垃圾图像进行分割识别，得到所述垃圾图像的分类结果；

根据分类结果，控制机器人获持所述目标垃圾，将所述目标垃圾放入到回收分类机构中。

4.如权利要求3所述的一种机器人的自动回收垃圾方法，其特征在于：根据分类结果识别到目标垃圾时，控制所述输送机的速度减小，使得机器人从所述输送机上精确地获持到所述目标垃圾。

5.如权利要求4所述的一种机器人自动回收垃圾方法，其特征在于：所述目标垃圾为金属或者可回收的材料。

6.如权利要求5所述的一种机器人自动回收垃圾方法，其特征在于，包括：光谱分析仪器设置于所述输送机与所述回收分类机构之间，用于分析所述目标垃圾的光谱。

7.如权利要求6所述的一种机器人自动回收垃圾方法，其特征在于，在所述控制机器人获持所述目标垃圾之后还包括：

通过所述光谱分析仪器获取所述目标垃圾的光谱，判断所述目标垃圾是否为金属或者可回收的材料；

如果是，则控制机器人将所述目标垃圾放入所述回收分类机构中；

如果不是，则控制机器人将所述目标垃圾放入待确定机构中。

8.一种机器人自动回收垃圾装置，其特征在于，所述机器人自动回收垃圾装置包括处理器、存储器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的机器人自动回收垃圾控制程序，所述机器人自动回收垃圾控制程序被所述处理器执行时实现如权利要求3至7中任一项的所述机器人自动回收垃圾方法的步骤。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有机器人自动回收垃圾控制程序，所述机器人自动回收垃圾控制程序被处理器执行时实现如权利要求3至7中任一项的所述机器人自动回收垃圾方法的步骤。

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